https://www.asiachmical.com/lng-plant/lng-processing-plant.html
1. Klassificering av process för flytande av naturgas
För närvarande är typerna av processer för flytande naturgas huvudsakligen uppdelade utifrån deras funktioner och kylningsmetoder.
(1) Beroende på deras funktioner kan de delas in i grundläggande belastningsvätskeenheter och peak-shaving vätskebildningsenheter. Småskaliga LNG-enheter tillhör peak-shaving liquefaction units.
(2) Enligt kylmetoden kan den delas in i: ① kaskadförvätsningsprocess; ② blandad kylmedelsförtätningsprocess, inklusive stängd, öppen, propanförkylning, CII, etc.; ③ flytande process med expander, inklusive naturgasexpansion, kväveexpansion, kväve-metanexpansion, etc.
Ovanstående uppdelning är emellertid inte strikt, och en sammansatt process används vanligtvis som inkluderar olika kombinationer av vissa delar av de olika flytande processerna som beskrivs ovan, och varje metod innehåller flera typer.
2. Typer och sammansättning av anläggningar för flytande naturgas
Typerna av kondenseringsenheter för naturgas inkluderar huvudsakligen baslastförvätsningsenheter, peak-shaving kondensationsenheter, flytande lagrings- och lossningsenheter för LNG-produktion och LNG-mottagningsterminaler, och deras definitioner är följande.
(1) Förvätsningsanläggning för baslast: avser den storskaliga kondensationsanläggningen som produceras för lokalt bruk eller extern transport.
(2) Överskottsanordning för vätskebildning: hänvisar till en anordning för vätskebildning av naturgas för belastning med hög belastning eller för att komplettera vinterbränsletillförseln, vanligen flytande och lagring av överskott av naturgas under lågtoppbelastning och återförångning för användning i topp- eller nödsituationer situationer.
(3) Flytande anordning för produktion, lagring och lossning av LNG: Det är en ny typ av flytande anordning för naturgas i marginella gasfält och gasfält till havs. Det gynnas för sina fördelar med låga investeringar, kort byggtid och enkel rivning.
(4) LNG-mottagningsterminal: avser den anordning som tar emot LNG som transporteras av LNG-fartyg från den grundläggande lasten för flytande naturgas, vanligtvis utrustad med ett system för återvinning av vätskebildning för LNG-tanktop-boil-off gas BOG (Boil Off Gas).
Vätskeanläggning för naturgas består i allmänhet av naturgasförbehandlingsprocess, vätskeprocess, lagringssystem, kontrollsystem och brandskyddssystem, bland vilka vätskeprocesser är kärndelen i anläggningen för vätskebildning av naturgas. Storskaliga LNG-anläggningar inkluderar i allmänhet flera uppsättningar av flytande naturgasanläggningar, och varje uppsättning av kondensationsanläggningar kan ha flera produktionslinjer. På grund av olika produktionsändamål för olika flytande enheter finns det naturligtvis stora skillnader i deras specifika sammansättning.
3. LNG-kylningsmetod
Den så kallade kylningen hänvisar till användningen av konstgjorda metoder för att skapa teknik med låg temperatur (under omgivningstemperatur). Kylningsmetoder omfattar huvudsakligen följande tre.
(1) Använd den endotermiska effekten av materialfasövergångar (som smältning, förångning, sublimering) för att uppnå kylning. Den så kallade ångkylningen avser användningen av vätskeavdunstning för att uppnå kylning. Ångkylning kan delas in i tre typer: ångkompression (mekanisk kompression), ånginjektion och absorption. För närvarande används mestadels ångkompressionskylning.
(2) Använd kyleffekten av gasexpansion för att uppnå kylning. Gasexpansionskylning använder för närvarande i stor utsträckning turbinexpansionskylning, och använder även gasspjällskylning och värmeseparatorkylning.
(3) Använd den termoelektriska effekten av halvledare för att uppnå kylning.
I processen för flytande av naturgas används vätskeavdunstning och gasexpansion i stor utsträckning för att uppnå kylning. Strypningskylning måste ha tillräckligt hög tryckenergi för att kunna användas, och effektiviteten är låg. Det används vanligtvis i situationer där trycket på rågasen är högt och mängden kondensering som krävs är liten.
4. Vanlig process för flytande av naturgas
Olika flytande processer har olika kylningsmetoder. I naturgasförtätningsprocessen inkluderar den vanliga naturgasförvätsningsprocessen huvudsakligen kaskadförvätsningsprocess, blandad kylmedelsförvätsningsprocess och flytandeprocess med expander, och deras kylningsmetoder är som följer.
(1) Kaskadförvätsningsprocess
Den består av flera överlappande kylcykler som arbetar vid olika temperaturer, där hög-, medel- och lågtemperaturdelarna använder hög-, medel- respektive lågtemperaturkylmedel. Förångningen av köldmediet i högtemperaturdelen används för att kondensera köldmediet i lågtemperaturdelen, och köldmediet i lågtemperaturdelen återförångas för att ge ut kylkapaciteten, och dessa delar är anslutna med flera evaporativa kondensorer. Den evaporativa kondensorn är både förångaren för högtemperaturdelen och kondensorn för lågtemperaturdelen. för naturgas
För kondensering används oftast en trestegs kaskadkylcykel med propan, eten och metan som köldmedier.
(2) Process för flytande av blandat köldmedium
Processen utvecklades från kaskadkylningsprocessen i slutet av 1960-talet. Kolväteblandningar (N2, C1, C2, C3, C4, C5) används oftast som köldmedier för att ersätta flera rena komponenter i kaskadkylningsprocessen, och sammansättningen bestäms enligt sammansättningen och trycket hos matargasen. Genom att dra fördel av egenskaperna hos de tunga komponenterna i flerkomponentblandningen som kondenserar först och de lätta komponenterna som kondenserar senare, kan kylkapaciteten för olika temperaturnivåer erhållas genom sekventiell kondensering, separering, strypning och förångning, och beroende på om den blandade köldmediet blandas med den råa naturgasen. Det finns två typer av blandade kylprocesser: stängd och öppen.
(3) Förvätsningsprocess med expander
Expansionskylningscykeln antar oftast Reverse-Brayton-cykeln. I denna cykel komprimeras arbetsvätskan isentropiskt av kompressorn, kyls av kylaren och expanderas sedan isentropiskt adiabatiskt i turboexpandern och utför externt arbete för att erhålla lågtemperaturluftflöde för att producera kall energi. I processen för flytande av naturgas antar expansionskylning huvudsakligen följande fyra former: direktexpansionskylning med naturgas, kylning med kväveexpansion, kylning med blandad kväve-metan, etc.
5. Kylprincip och egenskaper för flytande process med expander
Expandercykel hänvisar till processen att realisera flytande naturgas genom att använda högtrycksköldmedium och Claude-cykelkylning genom adiabatisk expansion av en turboexpanderare. Nyckelutrustningen är turboexpandern, som har fördelarna med hög isentropisk effektivitet och återvinningsbart expansionsarbete. Därför gynnas denna process mer och mer av LNG-anläggningar med hög rakning med liten flytande kapacitet, och används i allmänhet för enheter med flytande kapacitet på 7×104-70×104m3/d.
Grundprincipen för kylning av flytande processer med en expander är: gasen expanderar och kyls i expandern medan den matar ut arbete, som kan användas för att driva kompressorn; när det finns en "naturlig" tryckskillnad mellan den rågas som kommer in i anordningen och den kommersiella gasen som lämnar anordningen, kommer flytandeprocessen inte att behöva kompletteras med energi "från omvärlden", utan kommer att förlita sig på "naturlig" tryckskillnader för att uppnå kylning genom expandern. Enligt olika köldmedier kan den delas in i kväveexpansionsförvätsningsprocess, kväve-metan blandad expansionsförvätsningsprocess och naturgas direktexpansionsförvätsningsprocess.
(1) Direktexpansionsprocess för flytande av naturgas
Denna process hänvisar till processen att direkt utnyttja högtrycksnaturgasen från gasfältet och adiabatiskt expandera den i expandern till trycket i transmissionsrörledningen, och därigenom realisera processen för flytande av naturgas. Den är särskilt lämplig för tillfällen där rörledningstrycket är högt, det faktiska drifttrycket är lågt och trycket måste minskas i mitten. Eftersom naturgasen som kommer in i expandern inte behöver avlägsna CO2, utan endast behöver avlägsna CO2 från den flytande delen av rågasen, minskar förbehandlingsgasvolymen kraftigt. När enheten är i normal drift komprimeras naturgasen som avdunstat från lagringstanken av returgaskompressorn och återförs sedan till systemet för kondensering. Denna process kan spara kostnaden för specialproduktion, transport och lagring av köldmedium; den har fördelarna med enkel process, kompakt utrustning, liten investering, flexibel justering och pålitlig drift. Denna vätskeprocess kan emellertid inte uppnå den låga temperaturen, den stora cirkulerande gasvolymen och den låga vätskebildningshastigheten som kväveexpansionsprocessen, och expanderns arbetsprestanda påverkas i hög grad av trycket och sammansättningen av råmaterialgasen och säkerheten kraven på systemet är relativt höga. hög.
(2) Kväveexpansionsprocess för kondensering
Det är en variant av den direktexpansionsprocess för kondensering, kvävekylcykeln separeras från naturgasförvätsningskretsen och klorkylcykeln ger kall kapacitet för naturgasen. Dess fördelar är att den har större anpassningsförmåga till förändringar av rågaskomponenter, stark kondensationskapacitet, enkel och bekväm drift av hela systemet; Cirkulationen av kvardröjande medel är cirka 40 procent högre.
(3) Kväve-metan blandad expansionsprocess för kondensering
Det är en förbättring av kväveexpansionsprocessen, som kan minska värmeväxlingstemperaturskillnaden i den kalla änden. Jämfört med den blandade köldmediecykeln har den fördelarna med enkel process, enkel kontroll, kort starttid och sparar 10 till 20 procent av energiförbrukningen jämfört med ren kväveexpansionskylning.
6. Arbetsprincipen för turboexpandern
En turboexpander är en höghastighetsroterande termisk maskin. Enligt lagen om energiomvandling och energibevarande, när gasen gör externt arbete under adiabatisk expansion i turboexpandern, kommer dess energi att minska, och ett visst entalpifall kommer att genereras samtidigt, vilket minskar temperaturen på själva gasen. och skapa förutsättningar för flytande av gasen.
En turboexpander är faktiskt den omvända verkan av en centrifugalkompressor. Centrifugalkompressorn drivs av en elmotor för att öka trycket på gasen, som förbrukar ström. Turboexpandern använder det höghastighetsluftflöde som genereras av expansionen av högtrycksgas för att påverka turboexpanderns arbetshjul, så att pumphjulet roterar med hög hastighet. Det roterande pumphjulet med hög hastighet kan generera en viss mängd kraft och sedan utföra externt arbete. Samtidigt sjunker både temperaturen och trycket på den expanderade gasen. Med andra ord använder turboexpandern mediets hastighetsändring för att omvandla energi, vilket inte bara kan ge kylkapacitet för kondenseringsanordningen, utan även det arbete som genereras av expansionen kan användas för att driva utrustning som kompressorer eller generatorer, vilket minskar enheten LNG. volymetrisk energiförbrukning.